劉國宏，付彥博,,3, 扁青永，魏亞媛，魏彥宏，張萬旭，朱錦泉

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番 838000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗站/國家土壤質(zhì)量阿克蘇觀測試驗站，新疆阿克蘇 843000；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；4.新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)推廣技術(shù)總站，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】小麥?zhǔn)切陆匾募Z食作物，占新疆糧食作物面積高達(dá)50%以上[1]，其中北疆主要以種植春小麥為主，南疆以冬小麥為主。南疆處于干旱區(qū)[2]。水肥因素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大重要因子和主要調(diào)控措施。葉片光合特性是冬小麥光合能力重要體現(xiàn)，也直接決定了小麥生產(chǎn)能力高低。水肥作為小麥生產(chǎn)的重要生態(tài)保證，兩者存在顯著的耦合效應(yīng)[3]，科學(xué)合理的水肥供應(yīng)有助于小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，促進(jìn)水肥資源的高效利用，對南疆農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】近年來，在滴灌條件下小麥水氮灌溉制度取得了不少成果[4-12]。Wang[4]、Abdelgalil[5]等研究發(fā)現(xiàn)，合理水氮供應(yīng)量有助于小麥作物生理生長、小麥根系特征及產(chǎn)量的提高優(yōu)化。趙經(jīng)華[6]、楊建平[7]等通過研究不同水氮組合對小麥土壤硝態(tài)氮運(yùn)移、氮平衡及水氮利用效率的變化情況，研究結(jié)果表明，合理的水氮處理的氮素表觀損失較低,水氮利用效率較高。彭婷[8-9]等通過控制小麥根區(qū)灌水量和施氮量闡明滴灌小麥高產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)特征及功能特點(diǎn)的關(guān)鍵調(diào)控過程，提出滴灌春小麥高產(chǎn)和超高產(chǎn)群體質(zhì)量指標(biāo)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】崔月[10]、雷鈞杰[11]等研究認(rèn)為，適量施氮能增加總根質(zhì)量和深層土壤中的根質(zhì)量；過量施氮會導(dǎo)致滴灌小麥根系保水能力下降，使小麥抗旱性降低。還有文獻(xiàn)研究了灌水或施肥單因素對小麥相關(guān)指標(biāo)的影響[12]。集中在南疆地區(qū)的研究成果寥寥無幾?！緮M解決的關(guān)鍵問題】試驗在新疆南疆干旱區(qū)條件下，以新冬52號為供試材料，比較分析不同水氮組合對冬小麥生理生長及產(chǎn)量的變化規(guī)律，研究南疆冬小麥最佳的水氮組合，為干旱區(qū)小麥節(jié)水省肥栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗站內(nèi)進(jìn)行，試驗點(diǎn)位于新疆拜城縣境內(nèi)，屬溫帶大陸性干旱型氣候，冬季寒冷，夏季涼爽，年均氣溫7.8℃，極端最高氣溫38.3℃，極端最低氣溫-28℃，無霜期163 d，年均日照系數(shù)為2 780.1 h，其中4～9月日照為1 564.3 h，歷年年均氣溫7.6℃，年均降水量94 mm。土壤質(zhì)地砂壤土，肥力中等。試驗地基礎(chǔ)肥力(0～40 cm)為土壤容重為1.36 g/cm3，有機(jī)質(zhì)為23.59 g/kg，全氮為0.89 g/kg，堿解氮為34.93 mg/kg，速效磷為21.81 mg/kg，速效鉀為120.92 mg/kg，pH值為7.89。

1.2 方 法

以新冬52號為材料，試驗地前茬長期為冬小麥，播期為9月20～21日，播種方式為人工條播，采取滴灌水肥一體化技術(shù)，

1.2.1 試驗設(shè)計

采用1管4行布置毛管、間距60 cm，滴頭間距為30 cm，實(shí)際密度為500×104株/hm2。主要是采取兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，其中主區(qū)為灌水因素，副區(qū)為施肥因素。灌水施肥設(shè)置主要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,其中灌水處理設(shè)置3個水平：W1(2 241m3/hm2)、W2(3 486 m3/hm2)、W3(4 731 m3/hm2)，施肥處理(氮素)設(shè)置四個水平：N0(0 kg/hm2)、N1(135 kg/hm2)、N2(195 kg/hm2)、N3(255 kg/hm2)，以46%純氮素量進(jìn)行尿素施肥。每個處理重復(fù)3次，共計36小區(qū)，每個小區(qū)面積約40 m2(4 m×10 m)，隨機(jī)進(jìn)行小區(qū)排列，每一個小區(qū)按照有獨(dú)立的小型施肥器和水表，用于精準(zhǔn)控制灌水施肥量。播前犁地后旋耕前撒施基肥。各小區(qū)667m2施腐熟農(nóng)家肥2 t或商品有機(jī)肥40 kg(有機(jī)質(zhì)≥45%)；尿素5 kg(N≥46%)、磷酸二銨15 kg(N≥18%，P2O5≥46%)、大顆粒硫酸鉀3kg(KO2≥51%)，冬灌水900 m3/hm2，灌水施肥數(shù)據(jù)記錄從開春返青后的拔節(jié)期開始記錄數(shù)據(jù)，各小區(qū)農(nóng)藝措施相同。表1

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 生長指標(biāo)

株高：使用米尺于冬小麥各個不同生育期選取長勢均勻且具有代表性的10株樣品進(jìn)行測定。

葉面積：主要采取長寬系數(shù)法對小麥葉面積進(jìn)行測定，每個小區(qū)選取長勢均勻10株樣品，取平均值。即：葉面積=葉長×葉寬×系數(shù)，系數(shù)值為0.83[13]。

1.2.2.2 光合指標(biāo)

于2020年5月15～17日10:00-20:00連續(xù)3日對各小區(qū)冬小麥光合指標(biāo)進(jìn)行測定(連續(xù)三日主要目的就是驗證測量)，使用Li-6400便攜式光合測定儀測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)的日變化，每兩個小時測定一次。每個處理選取3株冬小麥，測定前對葉片標(biāo)注(定點(diǎn)測定)，取平均值。

1.2.2.3 產(chǎn)量及水氮利用效率指標(biāo)

(1)產(chǎn)量

實(shí)收產(chǎn)量(kg/hm2)=小區(qū)產(chǎn)量(kg/m3) ×(1-含雜率)×(1-含水率) ×10 000。

含雜率(g/g)=樣品雜質(zhì)/樣品鮮重。

含水率(g/g)=(樣品鮮重- 樣品烘干重) / 樣品鮮。

(2)水氮利用效率

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg) = (施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量) /施氮量。

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg) =施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量。

灌溉水生產(chǎn)效率(kg/m3)=籽粒產(chǎn)量/ (冬灌水量+春季滴灌水量)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel(2016)和SPSS20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用origin軟件進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對冬小麥株高、葉面積的影響

研究表明，隨著生育期推進(jìn)，各處理冬小麥在拔節(jié)期至孕穗期株高生長速率較快，孕穗期至灌漿期株高生長速率有所緩慢，灌漿后株高趨于穩(wěn)定。在同一灌水水平，株高隨著施氮量增加而增加；在同一施肥水平，株高隨著灌水量增加而增加。全生育期W3N3處理株高最高，W3N2次之。

隨著生育期推進(jìn)，葉面積在孕穗至揚(yáng)花期達(dá)到最大值，在灌漿期至成熟期達(dá)到最小值。在同一施肥水平，葉面積的變化規(guī)律與株高基本一致。W1和W2水平下，冬小麥各生育期葉面積表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0，W3水平下，拔節(jié)中期、孕穗期、揚(yáng)花期冬小麥葉面積同樣表現(xiàn)N3>N2>N1>N0，而在灌漿期與成熟期，N2施肥條件葉面積大于N3，由于冬小麥灌漿期生長形態(tài)基本形成，在成熟期會逐漸進(jìn)入衰老階段，過高的氮肥施入會對葉面積產(chǎn)生“閾值”效應(yīng)，導(dǎo)致葉面積減少。全生育期內(nèi)，葉面積在拔節(jié)期至孕穗期W3N3處理最大，在灌漿期至成熟期W3N2處理最大。表2

2.2 水氮耦合對冬小麥光合特性的影響

研究表明，為不同水氮處理下冬小麥凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)全生育期變化趨勢。隨著灌水量的增加，或者N素供應(yīng)的增加，冬小麥的凈光合速率(Pn)、蒸騰強(qiáng)度(Tr)氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci) 均呈增加趨勢。但在灌水量低水平處理W1，時這些特性的增長趨勢并不明顯，甚至在灌水量中等處理W2時，蒸騰速率和胞間CO2濃度也沒有隨施N量的增加而明顯提高。而當(dāng)灌水量增加到W2和W3的中高水平時，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，隨著施N量的增加而出現(xiàn)明顯的增加趨勢。特別是氣孔導(dǎo)度，在灌水W2水平上，出現(xiàn)N肥增加而增加的趨勢。

在灌水和施N量的各種處理組合中，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2均在W3N2水平上出現(xiàn)最大值，分別為19.51、6.98、0.36 和283 μmol/(m2·s)。新冬52號冬小麥在W3N2處理中的光合性能最好，N2處理的N素供應(yīng)量已經(jīng)足夠。表3

表3 不同水氮處理下冬小麥葉片光合特性和水分利用效率變化

2.3 水氮耦合對產(chǎn)量及水氮利用效率的影響

研究表明，產(chǎn)量隨著灌水量的增加或N肥量的增加呈現(xiàn)增加趨勢，但在W2和W3水平下，N2氮素處理的產(chǎn)量最大，其中最大產(chǎn)量8 570 kg/hm2處于W3N2，次大產(chǎn)量8 465 kg/hm2處于W2N2，產(chǎn)量相差105 kg/hm2(相差1.2%)，按照當(dāng)?shù)厥袌鰞r格2.4 元/kg，W3N2處理比W2N2提高經(jīng)濟(jì)效益為252元。但W3N2和W2N2的灌水量分別為4 731和3 486 kg/hm2，灌水量相差1 245 kg/hm2(相差26.3%)，施肥量分別為195、255 kg/hm2(相差23.53%),按照當(dāng)?shù)啬蛩貎r格2 700元/t，水費(fèi)0.3元/m3,W2N2比W3N2節(jié)肥成本352元、節(jié)水373.5元，W2N2的經(jīng)濟(jì)效益較高。在所有處理中，W2N2的N肥農(nóng)學(xué)利用率和灌溉水生產(chǎn)效率也最高(分別為16.69，灌溉水生產(chǎn)效率1.66)，雖氮肥偏生產(chǎn)力在W3N1處理達(dá)到最大值，但與W2N2處理差異不明顯。表4

表4 不同處理下冬小麥產(chǎn)量和肥水利用效率變化

2.4 產(chǎn)量與小麥生理生長指標(biāo)的相關(guān)性

研究表明，冬小麥產(chǎn)量與精光合速率、蒸騰速率、株高、葉面積均呈現(xiàn)線性關(guān)系，決定系數(shù)R2分別為0.75、0.65、0.64、0.63，產(chǎn)量與光合指標(biāo)、生長指標(biāo)存在一定相關(guān)性，尤其是產(chǎn)量與凈光合速率的相關(guān)性較高，冬小麥凈光合速率一定程度上能反映產(chǎn)量，而其他指標(biāo)雖具有相關(guān)性，但代表性不強(qiáng)。圖1

圖1 產(chǎn)量與小麥生理生長指標(biāo)的相關(guān)性

3 討 論

農(nóng)作物與水肥間長期處于拮抗和促進(jìn)的動態(tài)平衡當(dāng)中，同時與作物生理生長、產(chǎn)量相互影響，這也被稱為作物的水肥耦合效應(yīng)[14]。在新疆干旱區(qū)圍繞著滴灌技術(shù)條件下小麥耦合效應(yīng)的研究已有文獻(xiàn)報道[15-16]，只有水肥耦合效應(yīng)達(dá)到最優(yōu)時，才能起到節(jié)水省肥、增產(chǎn)效果。

通過合理水氮調(diào)控影響小麥生理生長指標(biāo)進(jìn)而影響產(chǎn)量。王磊[17]、李孟潔[18]等研究結(jié)果表明，減少灌水量會降低小麥光合特性，過高施氮量會降低葉片光合作用。試驗條件下，提高灌水量能提高Pn、Tr、Gs和Ci值，高施肥量會降低冬小麥葉片光合作用，與以上研究一致。同時，研究試驗表明水氮耦合對葉片光合特性的影響為顯著性差異，這與董志強(qiáng)等[19]研究結(jié)果一致。

株高是冬小麥生長速率最直接體現(xiàn)，葉面積是反映冬小麥光合能力的重要指標(biāo)，一定程度上影響作物產(chǎn)量[20]。試驗條件下，灌水增加或N肥增加均會增加株高和葉面積，與陳凱麗等[21]結(jié)果一致。試驗條件下，增加灌水量有利于提高小麥產(chǎn)量，過高的氮素使用量反會減少小麥產(chǎn)量，這與雷鈞杰[11]研究結(jié)果一致。新冬52號產(chǎn)量最大的處理是W3N2，其光合特性最佳；產(chǎn)量次之的處理則是W2N2，其水分利用率和N肥利用率最高。與W3N2相比，W2N2的產(chǎn)量減少了105 kg/hm2，但灌水量節(jié)省了1 245 m3/hm2，W2N2具有更好的節(jié)本增效性，是節(jié)水節(jié)肥的最佳組合。

4 結(jié) 論

4.1在灌水4 731 m3/hm2和施氮255 kg/hm2組合下，葉面積、株高等生長效果最佳；在灌水4 731 m3/hm2和施氮195 kg/hm2組合下，光合性能最好。

4.2產(chǎn)量最大出現(xiàn)在灌水4 731 m3/hm2和施氮195 kg/hm2組合；灌水3 486 m3/hm2和施氮195 kg/hm2組合次之，但其水分利用率和N肥利用率最高。灌水3486 m3/hm2和施氮195 kg/hm2組合的產(chǎn)量減少了105 kg/hm2，但灌水量節(jié)省了1 245 m3/hm2，具有更好節(jié)本增效性。

4.3新疆南疆滴灌灌溉定額和施肥量分別控制在3 486 m3/hm2和195 kg/hm2左右，最大限度地確保新冬52號冬小麥產(chǎn)量。